[发明专利]一种复载波解调方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种载波解调方法，具体地说，一种复载波解调方法和装置。

背景技术

根据香农公式其中C是信道容量，W是信道带宽，S是信号功率，N是噪声功率，可以看出信道容量与带宽成正比，因此提高信道容量的最有效的办法就是增加带宽，另外也可以看出，增加信号功率也可以提高信道容量。

在当前通讯系统中，人们使用载波调制技术将不同的信息载波到不同的频带上传输，其实质就是为了充分利用带宽资源来提高信道容量。目前常用载波调制原理如图1所示，基带复信号的实部和虚部分别与载波cos(ωt)及sin(ωt)相乘，最后累加发送出去，这个过程可以用公式表示如下：s_BP(t)＝Re{s_LP(t)e^iωt}，其中s_BP(t)是载波调制信号，e^iωt是复载波信号，s_LP(t)是基带复信号，Re是取实部。这个公式的原理就是时域信号的相乘等价与频域信号的卷积，通过载波频率信号与基带信号的卷积过程将基带信号搬移到载波频带。显然在目前的载波调制方法中，虽然基带信号是复数，载波信号也是复数，但是最终发送的载波调制信号却只取实部，因此发送的是实信号，本文称之为实载波调制。

目前使用的实载波调制方法事实上造成了频谱资源的成倍的浪费及信号能量的成倍的损失，其原因主要是没有正确的认识和使用负频率。

首先，负频率是存在的。如图2所示，定义逆时针旋转的角度为+θ，顺时针旋转的角度为-θ，那么根据角频率的定义可以知道，负角频率并不是由“负的时间”产生的，而是由于“负的角度”产生的，因此正负频率实际上只是代表平面上存在着两种不同方向上的旋转，存在正负两种旋转本质上是由于平面是有两个面的。本文把旋转方向符合右手法则的正频率定义为右旋频率，简称右频率，把旋转方向符合左手法则的负频率可以定义为左旋频率，简称左频率。除非特别引用，本文后续将采用左右频率、左右频带及左右频谱等术语替代现有技术中所述的正负频率、正负频带及正负频谱等。

到目前为止，无论是教材还是工程实现，人们定义的可用带宽都是处于带正号的右频谱范围，而左频谱就是因为数学表达上带负号被选择性地抛弃了，如图3所示，这是目前最前沿的LTE通讯协议中的频带划分，完全无视带负号的频谱资源。

理解了左频率的自然存在，那么如何区分左右频率，或者说如何描述平面上的这两种旋转呢？这就是欧拉公式：e^±iωt＝cos(ωt)±isin(ωt)，如图4所示，e^-iωt与e^iωt分别代表着顺时针与逆时针方向旋转的两条曲线，对应着左右两种频率的信号。虽然在“时间-复数”空间中很容易区分出左右频率信号，但显然左右频率信号在“时间-实部”平面上的投影都是实信号cos(ωt)，即Re{e^-iωt}＝Re{e^+iωt}＝cos(ωt)，因此当我们看到一个实信号时，就无法区分它是左频率信号还是右频率信号的投影，从概率上讲，该信号是左频率还是右频率的概率是相等的，都是1/2，即cos(ωt)＝(e^-iωt+e^+iωt)/2。因此，只含有一个自由度的实信号是不完备的，要想对一个频率信号进行无歧义描述至少需要使用两个自由度的复信号。或者说，一个频率信号的完备的描述一定是一个复数形式，在完备描述下复数形式的左右频率e^-iωt与e^iωt是两个可以区分的完全独立的频率，因此可以承载完全独立的信息。

如上所分析，实载波调制产生的实信号实际上造成了左右频率的混淆，导致了左右频带都被占用而且左右频带上的信息是共轭对称的，不是独立的信息。实载波调制的频谱搬移如图5所示。顺便说一句，由于实载波调制方式是从不完备的一维实信号里观察二维复信号，因此人们经常会对实载波调制方式引出的左频带产生了极大的困惑，在不知道它的意义和作用时，可能会误认为左频带只是一个镜像，不是真实存在的，更严重的观点是认为左频带的信号是有害的，因此出现了很多诸如“镜像抑制”等方法。